双金属复合管由两种不同的金属管材构成,管层之间通过各种变形和连接技术形成紧密结合,受外力作用时,内外管材同时变形且界面不分离。外包覆的双金属管大量用于装饰和结构管用,内复合双金属管则主要用在防止有害介质对管道的腐蚀等方面。与单一金属管相比,双金属复合管的基管满足管道的设计应力,衬管满足耐腐蚀或耐磨损等性能要求。由于其兼具了基层和复层材料各自的优势,且节约了稀有贵重金属的使用,降低了生产成本,在石油、化工、核电、轻工和机械工程等行业有着广阔的应用。
按照复合管界面的结合方式,双金属复合管可以分为机械型复合管和冶金型复合管,冶金复合工艺包括热轧复合、热挤压负荷、爆炸焊接复合、离心铸造复合等,其工艺是熔合两种金属,因此复合牢固、结合强度较高,冷热缩胀一致,但由于其生产成本高、制作受设备限制,产品规格有限,因此应用范围有限。机械复合工艺包括液压胀合、旋压复合等,由于设备工艺比较简单、工序较少、生产成本较低。
液压胀合工艺与其他工艺相比,它具有胀合力均匀且容易确定和测量、易于对胀合过程进行力学分析和数值模拟等一系列优点,因此有着广泛的开发前景和应用价值。但到目前为止,有关L360QS/Incoloy825镍基合金的液压胀合复合管的试验研究还未见相关报道。科研工作者通过对复合管的胀合原理进行分析,计算了L360QS/Incoloy825镍基合金的胀合压力。试验结果检测复合管间的残余接触应力满足APISpec5LD的标准要求。
外管L360QS碳钢管,长度600mm,屈服强度530MPa,伸长率25%,弹性模量260GPa,泊松比0.3,外径219mm,壁厚10mm;内管825镍基合金管,长度5900mm,屈服强度410MPa,伸长率49%,弹性模量195GPa,泊松比0.3,外径196mm,壁厚2.5mm。内外管初始间隙2.0mm。
L360QS碳钢管和Incoloy825镍基合金的液压胀合试验按照同轴装配-封焊内外管间隙-封焊外管-焊接进出水接口-连接试验设备-打压-泄压-检测的过程进行。试验结果表明:
(1)通过对液压胀合原理进行分析,计算得到了L360QS/Incoloy825镍基合金管的最小胀合压力Pimin为49.10MPa,最大胀合压力Pimax为57.42MPa。
(2)采用全套静水压系统对L360QS/Incoloy825镍基合金管成功地进行了液压胀合试验,胀合压力值为57MPa。
(3)采用推出法测得管段长度为200、50mm的L360QS/Incoloy825镍基合金复合管分离时的最大结合力分别为86.2、20.01kN,计算得到其内外管间残余接触应力分别为0.7、0.65MPa,均大于API5LD的标准要求的0.2MPa。